PID参数自整定方法概述

PID控制是最通用的控制方法 ,其简易性、鲁棒性、应用广泛以及近似最优的性能是 PID控制流行于学术界和工业部门的几个原因。最近 ,PID控制器整定不佳的问题引人注目 ,也有人在努力系统地解决此问题。本文扼要概述了 PID的理论 ,然后讨论了一些常用 PID整定方法 ,并对新技术尝试着进行了探索。

PID继电自整定技术的发展综述

PID控制是工业过程中最常使用的控制方法,然而由于工业中大时滞现象的存在严重影响了系统的稳定性,导致系统的超调量变大,调节时间大大加长,甚至出现振荡、发散,从而使系统的动态品质明显变差.尤其对于工业过程中的一些不稳定系统,大时滞的存在将使系统的响应效果更加恶化.在这种情况下,普通的PID控制方法很难满足要求,甚至不能实现系统的稳定.基于以上原因,对PID继电自整定技术进行了研究,并对几十年来的发展进行了总结,对未来的发展趋势进行了展望.

基于继电反馈自整定PID控制器研究及应用

研究控制器优化问题,提出了一种改进型的继电反馈自整定PID,用来控制自衡过程。改进型的继电环节是由一个标准的继电环节串联一个比例积分控制器组成,比例积分控制器的比例系数设定为单位增益,积分时间由保持最小相角裕度为π/6来确定。自整定PID控制器的参数是根据改进型的继电环节产生的极限环的输出数据确定的,微分时间常数需保持上述提到的相角裕度,积分时间常数等于改进型继电环节中的比例积分控制器的积分时间,进行仿真。结果PID控制器可用到造纸机的热泵供汽控制中,并收到了明显效果。

一种新型模糊PID控制器

本论文提出了一种新型的模糊 PID控制器——采用最简单的模糊 PI控制器与模糊 PD控制器并联的结构形式。介绍了基于增益裕度和相位裕度的整定方法 ,同时对其稳定性进行了讨论。仿真结果表明这种控制器的性能优于常规 PID控制器。

基于频域的PI控制器整定方法研究及仿真

提出了一种基于频域的PI控制器参数整定方法。以典型的一阶惯性加滞后系统为被控对象,综合考虑系统设定值响应和扰动响应,以ISE为性能指标,结合求解幅值裕度和相位裕度的简化公式,利用Nelder-Mead单纯形优化方法搜索给定幅值裕度下的最优相位裕度,整定PI控制器参数;通过与几种整定方法对比,验证了该整定方法使得制系统具有良好的控制效果和较强的鲁棒性;对中央空调系统中几种高阶系统模型进行简化,利用该整定方法进行仿真试验,进一步验证该方法的可行性。

多变量飞控系统的稳定裕度分析

根据系统回差阵最小奇异值及通用相角－幅值裕度估算图，给出了在系统的输入和输出端所有通道的相角和幅值同时变化时系统的稳定裕度，它不仅可作为评价不同控制律鲁棒性优劣的指标之一，也是对古典单通道量测ＭＩＭＯ系统稳定裕度的补充。同时为了克服所得结果的保守性，采用了两种改进方法，并对某型飞机的侧向运动系统进行了稳定裕度的分析、比较。

一种切换参数PI控制器的分析与设计

针对典型化工过程阶跃负载干扰下的期望响应,用两种方法整定PI控制器:相位和增益裕度限制的幅值穿越频率优化法和最大灵敏度约束的积分增益优化法。两种PI控制器有一种互补性,据此提出依响应状态而切换PI控制器参数的方法。仿真表明所提方法对频率响应单调的系统是有效的。

基于幅相裕度参数整定的二自由度IMC-PID导引头伺服系统设计

针对电视跟踪导引头光电平台伺服系统高精度,高频响,鲁棒性和可靠性的设计要求,提出并推导了一种基于幅相裕度参数整定的二自由度内模PID鲁棒控制的方法(IMC-PID).其特点是将PID控制、Smith预估控制、线性二次最优反馈控制等归纳到同一构架之下.利用幅相裕度整定控制器参数,增强了系统的实用性和鲁棒性.同时,文中给出了光电平台的伺服系统组成与硬件构成.仿真和实验表明,二自由度内模PID控制算法具有很好的跟踪特性和抗干扰特性,可以很好的满足系统的各项控制指标.

一种新型的矢量控制逆变器死区时间补偿

提出一种新型的基于两自由度内模电流控制死区时间补偿方案。首先,将逆变器死区时间引起的误差电压看成扰动,在S域中建立逆变器模型和电机动态逆电流模型。然后通过幅值和相位裕度来设计两自由度控制器。该方法没有增加硬件,因此具有结构简单,易于实现的特点。将该方法应用于矢量控制系统中,并搭建了仿真模型。仿真结果表明:所提出的两自由度内模控制器能对死区时间引起的误差电压进行补偿,进而消除了电流畸变。

一类非最小相位过程内模控制系统设计

非最小相位过程是较难控制的一类过程。针对一类自衡二阶非最小相位过程 ,采用内模控制系统结构 ,使系统具有良好的抗扰性和鲁棒性。给出了在希望的幅值和相角裕量下控制器参数的计算方法。设计例子与仿真结果表明 。

分数阶PI~λD~μ控制器的设计与实现

该文介绍了基于幅值裕量与相位裕量参数整定方法的分数阶PIλDμ控制器的设计方法,并给出了分数阶控制器的多种数字实现方法。仿真实例结果表明分数阶控制器比整数阶控制器具有优良的控制品质及其对系统参数变化的鲁棒性。

大时滞二阶过程内模预测控制系统设计

带有大时滞的双容过程是常见的二阶工业过程,由于过大的时滞使系统难以控制。针对一类带有大时滞的双容过程,采用内模控制系统结构,使系统具有良好的抗扰性和鲁棒牲。给出了在希望的幅值和相角裕量下控制器参数的计算方法。设计例子与仿真结果表明,根据该方法设计的系统有比较满意的稳定性和鲁棒性。

周期控制的MIMO系统任意增益/相角裕度调节方法

针对一类有限维多输入多输出线性时不变系统,提出了一种调节输出通道增益/相角裕度的方法。采用连续线性二次型调节器理论和周期控制方法设计一个可被计算机直接执行的线性周期控制器。理论证明该控制器可同时在系统所有反馈控制回路的输出通道实现任意大的增益裕度和直到90°的相角裕度,且系统输出采样间隔性能良好。仿真结果表明了所设计控制器的有效性。

自动控制原理之相对稳定性概念的教学

传统教材针对一类系统给出了相位裕度和增益裕度定义,但无法直接应用到一般的线性系统之中。同时这些教材利用Nyquist和Bode图对一般系统的绝对稳定性判定又具有普适性。为此本文基于相对稳定性的基本理念,通过对一般线性系统相对稳定性的分析,引入了系统的上相位裕度、下相位裕度和上增益裕度、下增益裕度的定义。

一种有限对象集的输入通道任意增益/相角裕度调节方法

针对一类有限多输入多输出线性时不变对象集,提出了一种调节输入通道增益/相角裕度的方法。首先针对单个对象,采用连续线性二次调节器理论设计状态反馈控制器;进而利用周期控制方法设计一个针对有限对象集的线性周期控制器。该控制器可使有限对象集的所有反馈控制回路在输入通道同时实现任意大的增益裕度和直到90°的相角裕度。仿真结果表明了所设计控制器的有效性。

一类MIMO系统的输出通道任意幅值/相角裕度调节方法

针对一类有限维多输入多输出线性时不变系统,提出了一种新的调节输出通道幅值/相角裕度的方法。该方法采用离散线性二次调节器理论设计静态通用采样保持函数控制器,可同时在系统所有反馈控制回路的输出通道实现任意大的幅值裕度和直到90°的相角裕度,且控制器形式简单、易于实现。仿真结果表明了该方法的有效性。

幅相裕度参数整定的导引头IMC_PID设计

针对电视跟踪导引头光电平台伺服系统高精度,高频响,鲁棒性和可靠性的设计要求,提出并推导了一种基于幅相裕度参数整定的内模 PID 鲁棒控制的方法(IMC-PID)。实际控制系统中,在速度环和电流环中应用所推导出的控制方法,并针对实际系统的特性需要,加入了前馈控制和超前环节。仿真和实验表明:光电平台伺服系统具有很好的跟踪特性和抗干扰特性,可以很好的满足系统的各项控制指标。

一类大时滞过程内模预测控制系统整定

带有大时滞的非自衡单容过程是一类常见的工业过程,也是比较难以控制的一类过程。针对积分加大时滞模型,采用了新型内模预测控制系统结构,给出了在希望的幅值和相角裕量下PI控制器参数的整定方法。设计例子与仿真结果表明,该整定方法具有良好的应用价值。

根据幅相裕度整定IMC-PI控制器参数

基于内模控制思想的PID参数整定,所需整定的参数只有滤波器参数一个,而且该参数直接与闭环系统的响应速度及鲁律性相关。本文提出根据幅相裕度的要求来确定滤波器参数,仿真表明该种方法能带来较好的控制效果。